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高分子材料に対するミクロ構造の定量的分析には、光散乱やX線散乱といった散乱技術が活用されてきたが、最近開発に取り組んでいる超音波散乱法を用いれば、高度に乳濁した懸濁微粒子や、光が全く通らないカーボンナノチューブ分散液の凝集構造を容易に分析可能である。しかしながら、これまでの超音波散乱の研究は、セラミックセンサー(～20MHz)の波長(75μm)と得られる信号感度の制限から、対象とする空間サイズがミクロン域(3～100μm)に限定されていた。そこで本研究では、超音波を用いながら、粒径がサブミクロンオーダー(100nm～1μm)の構造体に適用できる新たな動的散乱研究を展開し、乳濁した試料を希釈することなく、複雑なダイナミクスを解析できる新たな方法論を構築することを目的とする。
本研究ではサブミクロン動的超音波散乱法の開発のために大きく分けて二つのアプローチで望む。すなわち、(1)すでに高周波化の限界をむかえている市販の医療用セラミックセンサーに頼らず、目的に特化した(低出力・高感度受信の)高分子圧電デバイス作りと、(2)高強度のビーム印加によって乱された超音波フィールドを逆に利用した新しい分子ダイナミクス評価法の開発の2点である。特に本年度は(1)について検討した。超音波を発信するデバイスとして、コンポジット素材から小型のトランスデューサを作製し、自作の動的超音波散乱システムにおける発信特性の評価と、それを応用した微粒子の非破壊解析を行った。その結果、流体力学的半径が170nmから1μmの散乱信号を捉えることができた。ただし、得られた特性時間から粒径への変換する理論がまだ構築されていないので、その点は今後の課題である。
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